VALOVI
Huygensovo načelo
Nizozemski znanstvenik Christiaan Huygens predložio je grafičku metodu predviđanja budućeg položaja valne fronte, na temelju poznavanja njenog sadašnjeg položaja.  
Njegovo načelo iskazuje se sljedećom formulacijom:  
Svaka točka na postojećoj valnoj fronti može se promatrati kao da je izvor valova (ponekad se koristi izraz novi elementarni val).
 
Kao fizički dokaz koji podupire ovaj prijedlog, promatrajmo samo pojavu ogiba ili difrakcije valova na pukotini..  
Kada je djelić ravne valne fronte izoliran, on se ponaša kao točkasti izvor  
   
U sljedećim je primjerima to možda najlakše je zamisliti kod valova na površini vode (kao što se to vidi u školskoj kadi za valove), ali rezultati se mogu primijeniti na bilo koje dvo- (ili tro-) dimenzionalne valove.  
   
Prvo dosta trivijalan primjer.  
Promatrajmo niz ravnih površinskih valova prikazanih dolje.  
Brzina prostiranja valova je v.  
Da bismo primijenili načelo, moramo zamišljati da ne možemo pogoditi gdje bi valna fronta mogla biti, recimo, t sekunda kasnije!  
   
Prvo, izaberimo točku (bilo koju točku), A, na valnoj fronti i nacrtajmo luk polumjera vt.  
To je udaljenost koju će novi elementarni val prijeći za t sekunda.  
   
 
   
Sada, nasumično, izaberimo neku drugu točku, B, na valnoj fronti i ponovimo postupak.  
   
 
   
Nova valna fronta je tangenta na dvije krivulje; kakvo iznenađenje , baš je tamo gdje smo i očekivali!  
No, sada ćemo razmatrati dvije situacije gdje ovo načelo može pomoći da napravimo korisna predviđanja.  
   
Odbijanje ili refleksija valova korištenjem Huygensovog načela  
Promatrajmo niz ravnih valova koji putuju prema reflektirajućoj površini, označenoj ravnom crtom x-x'.  
U trenutku t = 0, točka A na valnoj fronti stiže do reflektirajuće površine.  
Crvena strelica je "zraka" koja pokazuje smjer širenja valova. Zraka je uvijek okomita (pod kutom od 90°) na valnu frontu.  
   
 
   
Pokušat ćemo naći položaj valne fronte u trenutku t, tj. kada točka B stigne do reflektirajuće površine..  
 
Najprije, nacrtajmo luk polumjera jednakog udaljenosti B - C (vidi sljedeću sliku).  
Novi elementarni valovi će iz točke A stići toliko daleko za vrijeme dok valovi iz točke B dođu do točke C, tj. do reflektirajuće površine.  
Nova valna fronta je tangenta na taj luk i prolazi kroz točku C.  
 
   
Sada, koristeći uočenu činjenicu da je smjer širenja vala uvijek pod kutom od 90° na valnu frontu, možemo predvidjeti smjer širenja valova nakon refleksije.  
 
   
Upadni kut (u) je kut između smjera širenja valova prije rfleksije i okomice na reflektirajuću površinu.  
   
Kut refleksije (r) je kut između smjera širenja valova poslije rfleksije i okomice na reflektirajuću površinu  
   
Vidimo dakle da Huygensova metoda predviđa da se valovi ponašaju po poznatom zakonu refleksije, koji lako možemo vidjeti koristeći snop svjetlosti i zrcalo.  
 
   
Lom ili refrakcija valova korištenjem Huygensovog načela  
Kada valovi putuju preko granice između dva različita sredstva (medija), brzina širenja se mijenja.  
Na primjer, brzina svjetlosti u vakuumu je 3×108 m s-1, dok u staklu svjetlost putuje brzinom od 2×108 m s-1.  
Promjena brzine može dovesti do promjene smjera širenja valova.  
Ta promjena smjera naziva se lom ili refrakcija.  
   
Donje slike prikazuju kako se Huygensovo načelo koristi za predviđanje položaja valne fronte kada valovi prelaze iz sredstva u kojem imaju brzinu v1 u sredstvo u kojem imaju brzinu v2.  
U ovom slučaju valovi prelaze iz "rjeđeg" u "gušće" sredstvo, tj. v2 < v1  
Na ovim crtežima ravna crta x - x' predstavlja granicu između dva sredstva.  
   
 
   
U času t = 0, točka A na valnoj fronti stiže na granicu dvaju sredstava.  
Promatrajmo nove elementarne valove koji se šire iz točke A u trenutku t = 0.  
Nakon t sekunda kasnije, točka B dolazi do granice.  
Za vrijeme t, novi elementarni valovi koji su se širili iz točke A prešli su put v2t.  
 
Položaj nove valne fronte prikazan je pravcem C - D.  
Situacija koja nastaje kasnije prikazana je sljedećom slikom.  
   
 
   
   
Uočite da je sredstvo kroz koje se val širi ono što mijenja brzinu vala, a to neizbježno dovodi do promjene valne duljine, kao što je objašnjeno na sljedećoj slici. Naime brzina vala umnožak je frekvencije i valne duljine, a budući da frekvencija ovisi isključivo o izvoru, ona ne može "biti odgovorna" za promjenu brzine. Svojstvo sredstva da valove propušta brže ili sporije određuje valnu duljinu valova.

Uputa za rad s kadom za valove na vodi